自然用戶界面淺析

摘 要：自然用戶界面由于它自身的特點和時代性，已經成為用戶界面主要的發展方向。文章從自然界面和“日常技能”的概念入手，通過案例分析探討了自然交互的日常應用方式，并說明其優勢之所在，同時提出自然用戶界面設計中容易忽略但又是最為重要的問題——交互的易用性，并在此基礎上探討了自然用戶界面在智能物聯網時代的應用前景。

關鍵詞：自然用戶界面;交互方式;易用性;物聯網;智能化

目前，在一些設計者還在把關注重點放在圖形用戶界面時，已經意味著過時。自然用戶界面由于它自身的特點和時代性，已經成為用戶界面未來首要的發展方向。

1 自然用戶界面

把受制于鍵盤和顯示器的計算機解放出來，讓計算機的行為更像人類，自然用戶界面是用戶界面設計的終極目標。自然界面，就是當機器面對人時，它能聽、能看、能說、能想，能夠捕捉人的坐標，或表情，或語音，或整個運動，使人意識不到機器的存在而完成交互行為。自然用戶界面使人機交互變得更自然、更智能、更人性化。人成為界面本身，這是用戶界面的最高境界。

自然用戶界面的工作原理就是將計算機微型化，在一個物理空間里嵌入多種感應設備，使視線之外的計算機正確識別人的身體姿勢、手勢、語音等行為并做出反饋，擺脫機器外部設備的束縛，有效地將計算機融入人們的生活，輔助并提高生活質量。

自然用戶界面的交互是利用人的日常技能進行的，強調無需特別訓練或不需要訓練。但究竟什么是“日常技能”，以及日常技能是否都是不經訓練或稍作訓練即可獲得呢？語言（特別是書面語言）是必須經過訓練的，音樂、繪畫、生產工藝等莫不如此，因此，人從日常環境走向計算機環境時原本具有的技能應該算是“日常技能”。可見這是一個相對的概念，其中并不細究是否需要訓練的問題。人機工程學并不否定訓練，雖然避免訓練或減少訓練是人們的愿望，但能否做到這一點并不完全由人的主觀意志決定，而是根據人機交互任務的目的、特點、場合以及實現成本等因素來決定人機交流應達到的自然性程序。因此，自然用戶界面的概念需要因時、因環境、因對象而定。

2 自然交互方式

目前，已經進入應用領域的自然交互方式包括穿戴（數據頭盔、眼鏡）和語音，而更多的還存在于實驗階段的，包括手勢、行為動作、眼球移動等交互方式，也將因為技術的成熟逐步實現商用。

2.1 手勢交互

用戶雙手戴上在手背、關鍵手指（多是拇指和食指）綁有感應器的手套，或者不需要戴手套，面對數字屏幕進行手勢交互。這是一種較新的屏幕操作方式，需要配合具有規范和意義明確的手勢語言，雙手開合如同打拳，有趣又能鍛煉身體。在這其中，用戶需要簡單學習針對于特定系統的新的語言表達規則。（圖1、2）

2.2 行為交互

行為交互應該是自然交互方式中最為常見的，但目前用戶所實施的行為最多的還是觸摸，而由觸摸而形成的反饋式界面大多是屬于圖形用戶界面的，因此，各種使用觸摸屏技術的產品所采用的交互方式并非屬于真正的自然界面范疇。許多設計師在自然的行為交互界面的研究上做出了相當的成績，例如美國MIT媒體實驗室的石井裕教授設計了可以預報天氣的瓶子，打開瓶蓋時聽到小鳥的歌聲即表示明天是晴天，雨聲則表示要下雨。再如《乒乓+》，通過在乒乓球臺面增加各種感應設備，確定乒乓球落下的位置，形成“軌跡運算圖”，計算機根據“軌跡運算圖”的規則啟動水紋、涂鴉、彗星、暴風雨、游魚等不同模式的圖像，使參與者自然地忘記是在進行比賽進而轉向去欣賞斑點，甚至試圖改變落球位置以配合斑點的形成。他們的注意力從比賽轉向對圖像信息的關注，從而達到了游戲的狀態。這樣的一些行為交互設計超越了一般產品的使用價值和功能，將設計擴展到了改善人的心情和提高生活情趣的范疇。

2.3 眼球移動式交互

利用眼珠的移動和停留追蹤位置，可用于繪圖、書寫、畫面控制或按鈕操作，這是一種在專業領域具有相當價值的交互方式。比如，在愛爾眼科實驗室，關于眼珠移動產生的交互行為已經試驗到相當成熟的階段，最終的應用將對眼睛的治療和恢復、高位截癱無法用手進行工作的人士起到輔助作用。（圖3、4）

2.4 語音交互

在現在的智能家居生活設計中，通過語音的識別控制家居環境是一個較為明確的方向。語音感應和識別技術所應用的范圍越來越廣，包括銀行安全、樓宇管理、智能交通、節能環保等領域。

2.5 運動式交互

運動式交互是根據識別運動物體的方向或體積大小的變化來對界面進行操作，比如人體的停留造成對界面中對象的選取。之前在大量的交互藝術作品中可以見到這種交互方式，而在商業應用上則較為少見，主要原因在于感應的運動物體體面較大而不能在界面上精確跟蹤或選擇。

2.6 穿戴式交互

可穿戴計算機是無所不在計算機的一種典型形式。將計算機微型化穿戴在人身上，包括數據頭盔、屏幕眼鏡、耳機、攝像頭等，實現在移動狀態下進行工作的可能，從而擴展或補充人的能力。這是在通道作業、軍事情報、新聞、醫療、游戲、交通導航等領域已經得到應用的技術。

2.7 多點觸控式交互

多點觸控技術已經在多種環境下被廣泛運用，使用的方法主要還是針對屏幕（無論這個屏幕被如何弱化），采用雙手的點、拖、拉、劃等手法直觀地控制對象，擺脫對鍵盤和鼠標的依靠，但也許會造成手指的磨損和因雙手操作帶來的疲勞感。

自然用戶界面將真正實現無所不在計算機的概念，使用戶不再局限于工作臺上的操作，采用日常行為動作就能對機器傳遞命令，進行交互。通過自然界面，你將能夠在更高的語義水平上與其互動，這是實現方便、快捷、有效生活的技術化渠道。自然用戶界面的廣泛應用，將快速實現城市生活的活性化，也將大大提升人類社會的智能化和人性化。

3 自然用戶界面設計中的易用性問題

無論是圖形用戶界面還是自然用戶界面，易用是唯一的原則。但設計者在對自然用戶界面開發之初，易用性的實現總是一個難點，因為易用性的獲得不是一蹴而就的，特別是對于極具創新或采用前沿人工智能技術的交互模式。

以手勢交互為例，我們會發現在實際應用中確實出現了許多問題：手勢操作沒有統一的標準，造成用戶面對不同手勢交互系統時的困惑;因為界面的抽象，使用戶面對交互媒介時不知怎樣操作;手勢的變化不易被發現;極易觸發的不可恢復的操作，會使整個系統的可用性遭到損害;手勢操作的動作幅度較大，極易產生操作疲勞和厭倦。

手勢交互方式相對于普通的觸摸和點擊來說，確實給用戶帶來了簡潔的行為模式和有吸引力的操作，它使得計算機為更多的人所接受，人與機器的交互也更加有趣和有滿足感。但它也極易因為不易操控而造成操作障礙，使人厭倦甚至惱怒，從而導致整個系統的失敗。設計者應認識到，簡單轉向自然界面并不會提升一個機器的易用，增加一堆手勢也并不會使用戶界面就變得可用和有價值。

在一個新的平臺上試驗激進的自然界面技術是合理的，但是這種試驗應該在實驗室或公司內部進行。畢竟，許多新的主意會失敗，它們離以前的好經驗越遠，失敗的可能性就越大。有時候，某個激進的想法會變成一個精彩的突破，但也需要注意，任何激進的突破在任何原則中都是很少見的。無論傳統用戶界面，還是自然用戶界面，交互易用性的基本原則從來都是應該遵循的，在此基礎上，再來探索小跨步的附加改進，并經過持續的進步逐漸實現革新。當然，設計者還需要為新系統開發基于交互設計堅實原則的易用性指南，把奇思妙想真正變成用戶證明其可行的機器。

因此，當多數設計者對自然用戶界面有興趣并躍躍欲試時，應當牢記自然界面概念并不等同于有趣和可用。當用戶使用某個系統并對如何操作感到茫然無措時，并不是什么好玩的事情，這意味著整個開發工作的全盤失敗。

4 自然用戶界面在人工智能與物聯網時代的應用前景

目前，“物聯網”的相關技術越來越多地被各行各業所采用，這促使我們研究自然用戶界面的工作迫在眉睫。

“物聯網”是在“互聯網”的基礎上，將其用戶端延伸和擴展到任何物與物之間，進行信息交換和通信的一種網絡概念。物聯網最初被描述為物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能識別和管理，其核心在于物與物之間廣泛而普遍的互聯。

物聯網的深入應用必須是在智能化和自然用戶界面的前提下才能得以實現。“智能化”在物聯網基礎上的內容除了對對象自動感知識別而形成情境感知（捕獲、分析多個對象之間的關系并做出響應）外，還包括實現客戶端與服務端之間多平臺的無縫任務遷移、不同種類的移動設備和環境設備之間的無縫協作、“多通道交互”等。其中的兩個內容——情境感知和“多通道交互”均需要依靠自然的界面進行操作。在情境感知部分，對象及關系的捕獲和分析需運用 RFID 和無線傳感器技術，這些技術的芯片置入在無明顯感知界面的移動物體中，隨著物體信息的頻繁交互與協作從而具備情境感知能力，在無察覺中通過網絡完成對對象的識別和分析。“多通道交互”的含義即多種自然的交互手段與計算機系統交互，之間沒有交互語意壁壘，其實就是我們說的自然界面。

自然用戶界面是智能物聯網的組成部分。沒有自然用戶界面的設計，物聯網就沒法真正實現智能化，也就沒有真正意義的物聯網存在。

在物聯網技術被全面應用之前，自然用戶界面的應用設計將成為界面設計者主要研究的領域。在高校的實驗室和藝術機構中，各式各樣的自然界面藝術作品層出不窮，引起了許多商業機構的強烈關注。管理者們熱血沸騰，預見到自然界面的巨大商機和潛力，繼而在公司內部紛紛展開研發工作。例如微軟的平面 PC 自然界面、云計算技術支撐的“未來辦公室”， Oblong Industries 的手勢交互系統，NTT DoCoMo 的“未來移動方案”等，均已相當成熟。

用戶對自然界面的熱情越來越高，從帶有自然界面痕跡的 IPAD 我們就能看到端倪，即使IPAD 的易用性存在缺陷，但也沒有阻止用戶的選擇。

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項目基金：本文系廣東省高校特色創新項目“促進知識認知的信息視覺化設計理論與實踐研究”（2019WTSCX063）研究成果，廣東技術師范大學一流課程項目“平面構成”階段性成果。

作者簡介：楊璇（1975- ），女，四川成都人，文學碩士，廣東技術師范大學美術學院副教授，研究方向：數字媒體藝術與信息設計。聯系方式：13543481770，yangxuan3212002@163.com.